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DI3
Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’InformazioneDI3
Le Filiere dell'Energia
“Le Biomasse” 1o Convegno Tematico
Maurizio Fermeglia
DI3Approccio multiscala alla
produzione di biocarburanti• Dagli eletttroni … allìimpianto
– Quanto meccanica - Atomistica– Elementi finiti – macro scala– Impianto pilota– Processo
DI3Simulazione atomistica e
mesoscala• Lo strumento
– Simulazioni MD atomistiche (all atoms FF)– Simulazione mesoscala (DPD)
• Il problema– La decomposizione di biomassa lignocellulosica per reazione catalitica o
enzimatica• Per ottenere
– Relazione struttura e proprietà di microfibre– Effetto del solvente (acqua o liquidi ionici - BMIM) per dissolvere la cellulosa
• Studiando (con simulazione)– Dipendenza spaziale della forza dei legami idrogeno– Le strutture di solvatazione
• Il risultato– Legami idrogeno tra catene e dentro le catene sono facilmente rotti– Legami idrogeno tra I fogli sono persistenti
• Legami tra I fogli sono fondamentali per i meccanismi di distruzione
• Altre applicazioni: membrane per la separazione di CH4 da CO2 e per la diffusione di protoni in celle a combustibile
DI3Laboratorio
• Laboratorio – idrolisi della cellulosa a zuccheri riducenti – trattamento chimico e microbiologico
• Diversi trattamenti per biomassa
Sistema trifasico
biomassa
liquido
gas
acqua
acqua + inquinanti
aria di processo
aria + inquinanti
biogas
aerobicaanaerobica
rimozione VOC
reattori anaerobici
respirometria
mod
elli d
i p
rocessi e d
i im
pia
nti
+
+
DI3
Pilota anaerobico(UASB - EGSB)
Reattori anaerobici da banco
Pilota anaerobico(Batch- 60 L)
SPERIMENTAZIONE
Specific gas production (SGP):Volume CH4 prodotto per COD substrato
caricato [NmLCH4 / gCODin]
Specific methanogenic activity (SMA).Volume orario CH4 prodotto per bio-massa
caricata [NmLCH4 / (h·gVSS)]
Impianto pilota
DI3
2000
2250
2500
2750
3000
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7
ETHANOL IN THE MASH (L ETHANOL/100 L MASH)
ET
HA
NO
L P
RO
DU
CT
(K
g/h
r)
6200
6450
6700
6950
7200
EN
ER
GY
CO
NS
UM
PT
ION
(K
J/K
g E
TH
AN
OL
)ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
KJ/Kg ETHANOL
2000
2250
2500
2750
3000
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7ETHANOL IN THE MASH (L ETHANOL/100 L MASH)
ET
HA
NO
L P
RO
DU
CT
(K
g/h
r)
1.30E+07
1.40E+07
1.50E+07
1.60E+07
1.70E+07
1.80E+07
1.90E+07
DU
TY
RE
BO
ILE
R (
KJ/h
r)
ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
DUTY REBOILER (KJ/hr)
Processo: Bio etanolo da molassa (Cuba)
DI3Gassificazione e celle a
combustibile
Pre treatment GasificationGas
Clean-up
Evaporator
Reforming
Co generation
An. Cath.
Pre heating
BurnerBiomass
Water
Air/Oxygen
Air
Turbine Compr
Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007
DI3Gassificazione di biomasse e MCFC
• Simulazione di processo di produzione di energia elettrica tramite cella a combustibile– Celle a combustibile ad alta temperatura (MCFC)
usate per produrre energia elettrica da gas naturale e/o da biomasse tramite gassificazione. Modellazione in stato stazionario dell’intero processo e in regime dinamico della cella.
Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007
DI3
3D
Process Simulators
CAPE OPEN (CoLan)
Toxicological data
Process Design
Molecular Modeling
1D
Indexes
PSP Framework
Valutazione impatto ambientale PSP
Environmental Impact
Categories
Global Atmospheric
Global Warming Potential(GWP)
Acidification Potential
(AP)
Ozone Depletion Potential(ODP)
Photochemical Oxidation Potential(PCOP)
Local Toxicological
Human Toxicity Potential by
Ingestion (HTPI)
Human Toxicity Potential by
Inhalation and Dermal Exposure
(HTPE)
Aquatic Toxicity Potential
(ATP)
Terrestrial Toxicity Potential
(TTP)Fermeglia M., Longo, G, Toma L., AIChE J, 2008, in press
DI3si compone delle seguenti parti:
DI3
Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’InformazioneDI3
Per Informazioni:
Maurizio Fermeglia ([email protected]
)Università di Trieste
www.di3.units.it
